γ－氨基丁酸（GABA）作为重要的抑制性神经递质，在正常的生命活动中发挥着重要的功能，其异常表达与多种疾病密切相关。谷氨酸脱羧酶是GABA的限速酶，包括GAD1（也称为GAD67）和GAD2（也称为GAD65）两种异构体，GAD67)，两者虽然催化同一反应，其分布特征及生理功能却不尽相同。最近的研究表明，GABA和GAD1，而非GAD2在多种肿瘤中存在着异常的上调表达，其上调表达的分子机制及其高表达后在肿瘤发生发展中的作用尚不清楚。在GAD1的研究过程中，我们发现与传统认为的DNA甲基化沉默基因表达的模式不同，在结直肠癌和肝癌中GAD1表现为普遍性的异常高表达，然而其基因组启动子区却是高甲基化的。并且我们证明了GAD1在肿瘤细胞中的异常高表达与其启动子区的高甲基化密切相关。进一步研究发现，GAD1第三内含子区存在一个CTCF结合位点(CTCF-BS3)，CTCF与BS3的结合能够抑制GAD1的表达，而DNA甲基化能够抑制CTCF与BS3的结合，从而激活GAD1的表达。为进一步深入研究CTCF抑制GAD1表达的分子机制，我们在GAD1第三外显子发现了一个ZNF263的结合位点，这个结合位点是一个模糊串联重复序列（TFRs），包含43个重复序列，而每一个重复序列都是一个较强的ZNF263结合位点。ZNF263与TFRs的结合是抑制GAD1转录的关键元件。通过以上研究，我们提出了GAD1甲基化激活可能的分子机制：在正常的细胞中，CTCF与CTCF-BS3的结合可以促进CTCF介导的GAD1转录起始位点与第三内含子区间的染色体loop环的形成，使第三内含子区与转录起始位点区在空间位置上相互靠近。这种位置上的靠近提供了一个分子“桥梁”，从而使位于第三内含子区的ZNF263/KAP1/SETDB1转录抑制复合物能够有效催化转录起始位点的组蛋白修饰（H3K27me3），抑制了GAD1的转录激活。而在肿瘤细胞中，DNA的甲基化抑制了CTCF的结合，破坏了CTCF介导的ZNF263/KAP1/SETDB1抑制复合物的招募作用，从而导致了GAD1的转录激活。并且我们发现，GAD1的上调表达与粘液性结直肠癌有关，并与病人的预后成负相关。而GAD1的沉默表达能够促进低pH诱导的细胞凋亡。因此，我们的研究为探索GAD1在肿瘤中的作用提供了新的视角和理论基础。本研究的创新点和意义主要体现在以下三个方面：（1）提出了在肿瘤细胞中DNA甲基化介导基因激活的新作用机制。传统观点认为DNA的甲基化总是作为基因转录的抑制因素而存在的，而随着最近基因组范围的甲基化研究的开展，人们发现，有很多基因的启动子高甲基化，但其在肿瘤中的表达上调。GAD1是其中的一个典型例子。我们对GAD1甲基化激活基因表达的研究为DNA甲基化的转录激活作用提供了新的模式。（2）发现CTCF在基因的表达调控中发挥着复杂而多样的功能，近年来的研究发现，CTCF除了在基因间起到绝缘子和遗传印记等作用，基因内部的CTCF也能够形成不同的Loop，起到调控基因表达的作用。我们的研究提供了基因内CTCF结合位点依赖的新的基因调控模式，并提出CTCF可以通过介导ZNF263/KAP1/SETDB1抑制复合物的招募实现基因的沉默，这些发现是对于深入了解基因内CTCF位点的基因调控功能提供了新的思路。（3）探讨了GAD1的高表达与结直肠癌的临床分期以及生存时间密切相关。GAD1高表达能够显著减少低pH诱导的细胞凋亡，提示GAD1可能在肿瘤细胞适应低氧、低pH的微环境中起着重要的作用，进一步的研究将深入揭示GAD1在肿瘤发生发展中的作用与机制。